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愛上紅樹林有這麼嚴重嗎?
—綠堤抗海嘯的生態技術
104-1 張文亮 教授
國立臺灣大學 生物環境系統工程學系
【本著作除另有註明外,採取創用CC「姓名標示-非商業性-相同方式分享」台灣3.0版授權釋出】
1
親愛的,
如果你到了海濱,
請代我向紅樹林問個安。
若非這批植物長期站在海洋與陸地的交會之處,
多少的陸地將被海水吞噬,
多少的強風將直灌百姓的居所,
多少海風的鹽漬將荒廢臨海的農地,
多少海嘯的狂浪將不會被減弱,
尤其在氣候變遷的影響下,
上升的海平面,
將吞噬沿海的窪地,
他們將是捍衛沿海窪地的第一防線。
潮間帶無數的彈塗魚、招潮蟹、牡蠣、螺類、水鳥等受益,
海洋的魚類也多得有機營養份,
更使人在海濱行走,
更是享受。
2
綠堤抗海嘯的生態技術
為什麼海水始終沒有越過海岸線?即使有時高潮,海水淹上來些,有時暴風掀起的巨浪,會多侵入內地一些,有時地震激起的海嘯,會襲捲大遍的沿海低窪地,但是不久,海水又退回原位。
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海水難以越過海岸的機制
地球表面積:71%海洋,29%陸地。
海洋的平均深度:3790公尺,
大部分海水的深度皆超過3000公尺,陸地的平均高度約670公尺。
地殼的變動,洋流的運行,海嘯的巨浪,颶風引起的大浪等,祇要將一部份的海水帶到陸地,就可以淹沒大地,但是長期以來,海岸線穩定的成為海水與陸地的界線,很少越過。
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海水難以越過海岸的機制
「大陸棚」(continental shelf):
水深約200公尺
坡度約一千分之一,緩緩延伸到海岸,過了大陸棚底岸才陡降,一直到深海。
陸地與海洋間的緩衝區。
「束水效應」(clamped effect):
當海水由深海擁進時,通水斷面積漸縮,產生而起海浪
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海水難以越過海岸的機制
大陸棚三種消浪機制:
(1)海岸線的凹凸變化,與小型島嶼產生水平方向的「擾散效應」(disturbance effect)減少海浪強度。
(2)大陸棚底部的礁石,尤其是水深50公尺之內的珊瑚礁(coral reefs),增加海流摩擦阻力,大大的消浪。
(3)海岸線附近生長的木本植物,如紅樹林。植物造型、植株彈性與其形成的特殊地形,也可以再消浪,使海浪不越過海岸線。所以海岸線是數千、數萬年來海洋-礁岩-植物力量平衡後形成穩定的地貌。
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海岸線平衡的破壞
近百年來,人類劇烈的破壞這個平衡,
建造港口改變海洋造型、爆破珊瑚礁、爭取近海養殖區,濫砍紅樹林、 在沿海低窪地形成人口密集的城鎮。
• 對於沿海城鎮的保護,直接的方法是建造海堤(sea dike),海浪愈高的地方,建造的海堤愈高,一道海堤安全不夠,就建造第二道海堤。
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海岸線平衡的破壞
荷蘭是最會建造海堤的國家,建造第八道的海堤,他們稱此為「輪中堤」(ring dike)。
堤防變得像植物的年輪,一道道的環統大地。有八道海堤保護的居民是否就安心無慮?許多居民就將房子蓋在海堤上,證明海堤不是防浪的保證。
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海堤的問題
為什麼海堤不能保證居民免受海浪侵襲的影響?
海堤愈高,地基愈不穩,大型的海浪越不了海堤的高度,但是將海堤基礎泥土沖走,海堤就垮下來。
海堤的高度經常不一,高海堤擋住海水,海水往低海堤處集中,這稱為「瓶頸效應」(bottleneck
effect)。
• 高海堤常是富有的城鎮所建,貧窮的地方則沒有錢蓋海堤,海堤導致社會不公義,富有者以鄰為壑。
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海堤的問題
破壞海岸線的地景之美,影響古濱海地景的文化價值
劣化濱海生態系統。
內陸洪水無法順利宣洩的阻攔,導致洪水增加。
海堤讓人失去大自然大型變動的機警性,使人愈住愈近海岸,結果是大型變動下的受害者
海堤給人的只是假性安全感,弱化人在變動大自然中的生命力。許多建商在海岸邊建造大樓,卻無法提供這些觀海大樓,或是海景第一排的海浪來襲風險,與淹水保險,末了,災害發生時又是政府用全民稅收支付賠償。
海堤只能抵擋住中小型颱風,對大型颱風效果很有限,甚至讓浪集中進入加重災害損失
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大浪的侵襲
例如:2005年8月28日,來自墨西哥灣的颶風卡崔娜(hurricane Katrina)襲擊美國東岸
颶風掀起的強浪衝破路易斯安那州位於位於密西西比河口的新‧奧爾良(New Orleans)的土堤,大量的海水自三處的破口湧入,造成城市80%的區域淹水7-8公尺,死亡人數超過1800人,經濟損失美金200億以上。
颶風過後,許多人認為美國工兵署海堤設計錯誤,以致不堪一擊;工程施工單位提出颶風太大,已超過工程所能負擔的風險。後來歸因於氣候變遷,才會產生這麼大的災害,暫平紛爭。
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大浪的侵襲
隱藏在天災之後的人禍:
過去百年新‧奧爾良南方大片的紅樹林被砍乏殆盡作為養殖場,紅樹林攔截風沙形成的沙洲(sand dume)也被鏟平蓋上房子,舖上道路。海口堤防的直線化,改變原先海岸的彎延,改變流場,容易造成河口泥沙的淤積,間接導致提升海平面。使城市在六、七十年後竟低於海平面七公尺,埋下日後使颶風的災害加劇。
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大浪的侵襲
颶風之前,紅樹林都砍了,以致事後不易評估紅樹林若存在,能否會擋住
颶風所引起的大浪。但在亞洲沿海,紅樹林存在能消除大浪的衝擊能量、
減低人命與經濟的損失是不爭的事實。
且太平洋有許多南海海島,祇因紅樹林的環繞,即使歷經多次的強風大浪,
島嶼依然未被大浪吞噬,島上許多居民也安全居住,生物也多樣。
原來紅樹林默默擔任海防第一道陣線,保衛週邊陸地生物的安定。人類面
對氣候變遷的不確定性這些危險,人類要將風險的紓解,集中在人工海堤
與消波塊,或是留下紅樹林?
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紅樹林抗浪的發現
傑克遜(John Reader Jackson, 1837-1920):
歷史上第一個想到紅樹林可能有防護海岸的功能,是減低海嘯危險的天然屏障(natural barrier)
愛爾蘭人,牛津大學植物系畢業。
英國皇家植物園-邱園(Kew Garden)植物資料的管理者邱園
在1847年成立後不久,他就在「經濟植物」(Economic Botany)部門當植物資料的整理。
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紅樹林抗浪的發現
• 1890年,傑克遜在「十九世紀的商業用途植物」(Commercial Botany of the Nineteenth Century)寫道:
– 「愈瞭解植物,就能體會植物的功用,不祇在商業或社會上。如果能夠更多瞭解植物的功能,就能啟發人新的思維…植物的用途,不是局限再使用,民生使用、藥物用、商業用,而是藉由知識傳播,給人的啟發,喚醒人更深的興趣。並去思索如何讓更多人,真正能夠體會與分享植物資源的可貴。」
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紅樹林抗浪的發現
傑克遜主要的工作是整理探險家虎克(Joseph Dalton
Hooker)在1839-1843年所帶回來的植物標本
與環球植物採集船「使者號」(H. M. S. Herald)的船長克勒特(Henry Kellett, 1806-1875)於1845-1851年攜回的標本
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紅樹林抗浪的發現
此外他也與世界各地植物喜好者,或他所稱的「聰明觀察者」(intellecture observer)交換植物標本。
• 1900年他在「紅樹林與相關同類」(The Mangrove and its Allies)一文中寫道:
– 「紅樹林(mangrove)是世界上唯一能夠生長在海濱平坦泥灘地的植物,不止能夠自海岸邊,甚至能向海水延伸,生長到離海岸線0.8公里以上的距離,無形中成為海浪侵蝕地區的天然屏障。」
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多道聯結式的抗浪
• 傑克遜認為紅樹林的抗浪能力在根部的生長與結構,他寫道: – 「紅樹林的種子與一般的植物不同,離開母株之前就已經發芽,長出胚根,
– 「當發芽的種子一落在地面,就立刻向地下生長,而後場長出的氣生根部又向上生長,甚至伸出地面約3公尺高,人可以踏在這氣生根部上面,在海上走數百尺,腳也不會濕…
– 「紅樹林的根部非常堅硬,其根部表層的細胞緊密生長,細胞纖維層層包裹內部的細胞,但是內部的細胞層柔弱,這使得根部極具彈性。」 19
多道聯結式的抗浪
原住民以紅樹林的樹皮作退燒藥,以葉子作蚊蟲咬傷的糊藥,並將種子磨粉食用,許多潮間帶的螺、貝類以紅樹林為棲地。
• 雖然這篇報告現今讀來很粗淺,但是他提出一個重點,紅樹林長在濱海地區,必有其目的與意義。
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多道聯結式的抗浪
• 人類對紅樹林成為自然屏障的抗浪功能的研究愈多,瞭解才愈多,原來紅樹林抗浪的功效,不單是在自己,而是在形成一個抗浪系統。
泥灘地、潮間溝(tiding creek)、潮間池(tiding pond)、紅樹林沼澤(mangrove swamp)等共組成多道消滅海浪能量、分散海浪水量的地形,產生破碎海浪的波型(wave shape)、減少波幅(wave amplitude)、干擾波頻(wave frequency)的機制
這種功能是海堤無法產生的,海堤靠本身結構的強度與堤的高度來抗浪,這是人工技術的瓶頸。
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用生物彈性抗浪
紅樹林植株、根部、莖部、葉部都具彈性,彈性的反作用力,是自然界抗浪的智慧型設計
若第一波的海浪愈大,經過紅樹林後,其回彈的反作用力也愈大,以致第二波海浪的阻擋也愈大,產生利用前浪來對抗後浪,而不是讓後浪推前浪。
這種現象稱為「調適抗阻」(resistance adjustment),這是自然的巧妙。彈性植物對於第一波衝擊不用躲避,而是接受,以後成為下一波衝擊的最佳阻力。
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用生物彈性抗浪
紅樹林的葉子是世界是上單位土地,能夠生長最多的樹葉量,這些密集生長的樹葉,是海浪「能量的承受器」(energy
capturing device),用承受的能量來消除後面的能量,這種方式稱為「生態力」(eco-force)
紅樹林生長愈高,繁殖愈密,氣生根愈多,抗浪效果愈佳,反之海堤卻愈久愈易破損,抗浪性愈差。
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用生物彈性抗浪
紅樹林落葉分解後,營養份釋入海水中,幫助珊瑚蟲大量繁殖,珊瑚蟲死後形成珊瑚礁,又在前方抗浪,幫助後方的紅樹林在低浪區的繁殖分佈,
不同生物雖然在地理空間上並不相互聯結,卻相互效力,一起達到抗浪的果效。紅樹林或是珊瑚礁防浪力量不如海堤,但是相互聯結就比海堤好。
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紅樹林的管理
人類應該視紅樹林為穩定海岸線,抗浪減災的「天然財」(natural capital),衡量天然財,將無形的財富轉換成量化的資金稱為「生態經濟」。
人類能夠為紅樹林做什麼?
需要保育,讓其不受過渡砍伐;
需要管理以免生長過密,阻礙都市排水;
需要復育,讓遭受砍伐的紅樹林原棲地,可以生長回來;
需要維護,以免星天牛等昆蟲滋生,導致紅樹林的成群死亡;
也需要生態教育,讓眾人明白紅樹林的重要。
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近代具有彈性的新式海堤工程
1980年之後,人類開始由紅樹林學習作海堤
德雷伯教授(Charles Stark Draper, 1901-1987)
美國麻省理工學院教授
在泰晤士河口建的旋轉水門(lotation gate)式的海堤
這種海堤有數道缺口,缺口邊做大型轉輪,將讓海浪的衝力轉換成輪子的向後旋轉力,成為後浪的阻力。
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近代具有彈性的新式海堤工程
• 1997年,荷蘭北海的歐斯特施德(Oosterscheldekering)海堤:
– 這種海堤是可左右移動,其中間有個固定點,堤的雙邊有供移動的軌道,因著大浪讓其推動,產生消能的仿效,這稱為「移動堤」(mobile dam)或「生態堤」(ecological dam)。
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具有彈性的新式海堤工程
荷蘭也發展出有充氣式的橡皮式移動堤,又稱為「阻水調節堤」(Hydrobaffle),用充氣加壓的橡皮,能在三小時內吹進來攔阻2.4公尺以下的洪水,並以氣體的彈性,產生消能的功效。
(Hydrobaffle 參考網站)
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原生種植物的復種
紅樹林大都分佈北緯30度到南緯30度之間,世界上仍有許多地方沒有生長紅樹林,我們並非要在沒有紅樹林的地區,人工移種紅樹林
• 而是要考證該地區原生種的濱海植物,尤其根系發達,植物有具彈性,樹葉茂繁的物種,作為栽種的對象
– 例如在2002年紐西蘭請毛利人(Maoni)在沿海低窪地區讓阿們以傳統技術種植原生種的紅松(Dacrydium cupressinum)、羅漢松(Prumnopitys ferruginea),產生抗浪綠堤。
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原生種植物的復種
二十一世紀,人類面對全球暖化導致的海平面上升,颶風的加劇,暴雨強度的增加等,我們不能將這些現象全歸諸於天災,而該負起責任,並採用大自然的智慧設計,學習重視紅樹林
• 也許我們終其一生的探究也無法瞭解紅樹林防浪的所有細節,但是紅樹林要求不多,只要求我們給空間,讓他們得以生長。末了,牠們卻保護我。
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